汽配紧固件原材料知识

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冷镦线材的其他质量问题，如硬度不均匀，通条性能差，尺寸公差范 围超差，圆度偏差不合格，脱碳层超标，以及轧钢时产生的表面划痕、 折叠、压痕等均应避免。 日本神户SCM435冷镦线材比国产线材硬度要高，HRB值达95，但其冷 镦性能却很好，从以往加工发现，神户料冷镦变形硬化程度升幅慢， 延展性好，特别适合加工细长杆螺栓，不易弯曲，直线度好。 冷镦热轧线材交货时，应调整好线材的硬度、伸长率、断面收缩率等 指标，以满足后续的生产要求。 4.3 冷镦线材改制中存在的问题 我国汽车紧固件企业大多由自己进行球化退火处理改制冷镦线材，而 日本、欧盟等国基本上由线材专业改制厂或者钢厂直接改制成精线供 货。近年来，国内的情况有所改变，宝钢集团投资了南京宝日钢丝制 品有限公司为紧固件制造业直接供应成品精线；邢钢投资成立新光精 线厂；湘钢新组建湘钢紧固件有限公司，不但生产成品精线，而且直 接使用自己的线材生产紧固件。 上海、江苏、深圳、广州等地均有专业线材改制厂（主要以台资企业为 主）。
摘要 介绍汽车零部件用线材的数量、品种，以及汽车紧固件的生产状况和 市场需求。提出国内冷镦线材现状。针对国内已经具备制造汽车紧固 件优质线材的基本条件，建议尽快采用专坯专用，建立加强质量管理 的冷镦线材供应链，逐步缩小与发达国家的差距。 关键词 汽车紧固件 冷镦线材 质量 标准 1 汽车零部件用线材 1.1 商用车用线材 据统计，1辆中型商用车约有2 000多个紧固件，质量80~90 kg，加上其他的杆件、连接件、弹簧制品，总消耗线材120~150 kg。 1.2 乘用车用线材 1）普通线材用于制作牵引钩、转向杆落下臂、头靠垫背架、方向盘衬 筋、机罩衬杆、排烟管支架等。 2）高碳和合金钢线材主要制作钢丝束软管套、钢丝绳、回复弹簧、气 门芯弹簧、减震器等。 3）冷镦线材80%以上用于制作紧固件、连接件、管接头，包括低碳、中 碳和合金钢线材。其中保证动力传递安全的发动机连杆、缸盖飞轮、 变速箱螺栓，门绞链固定用螺栓等，基本上都是高强度紧固件，占全
4）新修订的GB 157122008《非调质机械结构钢》仅10个品种，全部是含V钢，有Mn-V系、VTi系、Nb-V系和Nb-VB系非调质结构钢牌号，没有LF型冷作硬化型非调质钢。 5）标准中技术指标规定偏低，如对冷镦钢洁净度指标没有设定气体含 量、有害元素含量的范围，以及对非金属夹杂物的限制。 4.2 冷镦线材对实物质量的影响 4.2.1 材料 统计数据表明，冷镦开裂中有80%~85%是因为冷镦线材表面存在折叠 、划伤、密集的发纹、局部微裂纹、结疤等缺陷。由材料问题引起的开 裂，可以发生在冷镦成型后，也有在碾制螺纹时和热处理后发生。 我国的冷镦线材存在冷镦开裂问题。开裂率在1%~3%属较好的水平， 一般的开裂率在3%~5%，有的甚至超过10%。1/2冷顶锻检查合格的线 材，只能生产外六角螺栓产品，只有保证1/3冷顶锻合格的线材，才能 用于生产内六角螺钉、凸缘螺栓和螺母等冷变形要求较高的产品。 由冶炼质量造成冷镦线材对汽车紧固件实物质量的影响，主要是钢厂 采用连珠工艺生产冷镦钢时，钢坯的表面有缺陷，内在夹杂物超标， 组织存在偏析；连铸坯直接轧钢的，钢坯断面尺寸较小，应改为320
从发展趋势看，汽车行业选用紧固件，还应立足国内，即从技术要求 和工作性能上达到要求为主。汽车紧固件的配套国产化，也与国民经 济和国民大众密切相关。我国现在拥有世界上最先进的炼钢轧钢设备 ，为制造汽车紧固件提供优质线材的基本条件已经具备，应尽快采用 专坯专用，建立加强品质管理的冷镦线材供应链，逐步缩小与发达国 家的差距。
，专业化程度强，由定点专业工厂配套生产。而高档乘用车发动机上 的紧固件采用进口，或由外商随整车引进原配套的专业紧固件厂家在 国内的企业生产。 以乘用车为例，引进的品牌汽车占我国汽车消费市场的80%以上。这 些高档的知名品牌汽车虽在国内生产线上装配，但车上的紧固件有70 %以上是进口的，这除了有产品的知识产权归属外方的原因外，客观 的原因是我国的紧固件产品和制造这些紧固件的线材在质量稳定性 方面确实存在问题。 除少量的汽车紧固件采用冷镦（温挤压）、切削加工外，大多采用冷镦 （冷挤压）成型工艺制造，这与一般紧固件的制造原理相同，只不过要 求更高，对缺陷的控制更严。决定品质的“硬件”因素是：材料、模具 与设备；“软件”因素是：工艺技术、质量（品质）管理和服务。 3 冷锻线材的质量要求 国内能提供的冷镦钢线材规格为φ5.5~φ40 mm，较成熟的规格是φ6.5~φ30 mm，汽车紧固件的力学性能主要由制造紧固件的线材质量决定。 高档的冷镦线材质量包括以下几个方面： 1）性能。具有较高的塑性指标，伸长率、断面收缩率较高；在冷塑性变 形中，材料的变形抗力小，加工硬化率低，材料的屈强比值小，硬度适
车使用紧固件数量的80%，且其中的一半采用10.9级及以上的高强度 紧固件。 2 汽车紧固件制造和市场需求 2.1 市场需求 2008年我国紧固件的产量达540万t，汽车及相关产业使用紧固件应占 总产量的18%~20%。 根据国务院办公厅2009年3月20日公布的2009~2011年《汽车产业调整 和振兴规划》，2009年汽车产销量力争超过1 000万辆，3年平均增长率达到10%，也就是说每年至少有60~70万t线 材通过制造紧固件进入汽车制造业，且逐年增长。 2.2 紧固件制造 商用车除了汽车发动机等关键部位使用10.9级及以上紧固件外，其余 部位主要采用8.8级紧固件。 乘用车使用的紧固件原料包括低碳钢钢线材、不锈钢线材。这类紧固 件大部分应用在焊接件和装饰件上，超过80%是高强度紧固件，其中1 0.9级及以上的（使用合金钢线材的部分）占50%，这些紧固件中通用的 标准件（主要是8.8级），可以在市场上采购，10.9级及以上或一些组 合件、零件化（轴类、筒类）、焊接专用的异型紧固件，由于质量要求高
mm×280 mm大方坯连铸，然后开坯探伤、修磨后轧制汽车紧固件用冷镦精线材 。 4.2.2 化学成分 汽车发动机用10.9级及以上高强度紧固件在装配中对扭矩、预紧力（ 和摩擦因数）都有一定的要求。在组装中要求紧固件的性能稳定，摩 擦因数离散度小，所以对材料要求较高，成分要在标准范围之内，且 力学性能稳定。 冷镦线材中个元素成分仅仅符合标准中所规定的含量远远不够，还应 对S、P含量严格控制：对C，Si，Mn的组合比例分组优化，日本原材料中 C，Mn含量一般偏上限，而国内原材料一般偏中下限，应有效控制同一 批次中的数据，波动范围越小越好。另外，日本神户、新日铁、韩国浦 项生产的SCM435线材，都把镍（Ni）和铜（Cu）写进材料质保书内，而我 国却没有，且对钢中气体含量也没设定具体要求。 笔者曾对日本产的10.9级高强度螺栓进行分析，发现该产品硬度离散 度很小，只有1~2个HRC值，且抗拉强度波动值很小，排除热处理因素 外，关键是材料成分匹配与稳定性很好，而国内线材不同炉批号成分 虽然都符合标准，但波动较大。 4.2.3 其他
4 冷锻线材现状 4.1 冷镦线材标准存在的问题 1982年紧固件行业采用ISO 898《紧固件机械性能》后，在行业中对应推荐ISO 4954《冷镦和冷挤压钢》，并以此为基础形成了GB/T 6487《冷镦和冷挤压用钢》，虽经2001年修订仍无重大突破，可选用范 围狭窄，冷镦线材品种数量较少。 1）冷镦钢标准。我国自主开发的钢种20MnTiB一直受紧固件企业追捧 ，原来主要用于钢结构连接件，现主要用于商用车车桥轮胎螺栓、螺 母、差速器螺栓，后来ML20MnTiB列入国标，而同期开发使用较成熟的 35VB钢却一直没有列入国家标准。 2）冷镦钢丝标准。冷镦钢丝标准仅有GB 42321993《不锈钢冷镦钢丝》9种牌号和GB 59531999《冷镦钢》18种牌号，数量少、品种不全且修订工作落后，不能满 足市场需求。随着技术的进步，专业化生产逐渐成熟，向紧固件企业 提供高质量的冷镦钢丝（精线）是今后的发展方向。 3）据了解，国内生产冷镦钢的20多家企业，线性生产供货的38个冷镦 钢品种与国际一致的只有ML35，ML20，ML15，ML15MVB，ML40Gr，ML35G rMo，20MnTiB，其余都采用JIS G 3507，JIS G 4105中的牌号，或者SAE、台湾中钢10B21，10B33和C-CH1等钢号。
当。 2）表面质量。最重要的是表面无裂痕，要求表面光滑圆整，无凹凸折 叠、结疤、麻点等缺陷。 3）显微组织。基本组织（除特殊要求外）是铁素体加珠光体（F＋P），要 求珠光体体积分数30%~40%，铁素体体积分数60%~70%，不得有片状珠 光体和贝氏体。除了10.9级以上螺栓合金钢线材要求晶粒细小为6~8 级，以保证成品强度外，冷镦中碳钢线材晶粒度应控制在5~7级。当晶 粒度级别低于5级时，线材的加工硬化率提高，不利于线材的拉拔；当 晶粒度过细时，抗拉强度提高，导致性能超标。 4）非金属夹杂物。夹杂物是造成冷镦开裂的主要原因之一。夹杂物颗 粒愈大，愈易开裂，在距表面2 mm以内的夹杂物应不大于0.15 μm。一般认为，非金属夹杂物中B类（氧化铝）和C类（球状氧化物）夹 杂物危害最大。技术要求应明确B类夹杂物不大于0.5级，D类夹杂物 不大于1级，其他夹杂物不大于2级，夹杂物总和不大于3级。 5）其他。包括化学成分和成分波动范围，冷镦线材的心部碳偏析，原 材料及退火过程中的表面脱碳层（铁素体脱碳层≤0.03 mm，总脱碳层≤1% D），通条性能好，等等。
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紧固件冷镦线材的热处理有软化退火和球化退火两种（如再结晶、完 全退火等），制作合金钢、中碳钢内六角螺钉、螺母、自钻自攻螺钉， 软化退火可满足冷镦变形要求，但对于要求严格的汽车发动机螺栓， 不但要适合冷镦变形要求，而且对表面脱碳和内部金相组织、硬度均 匀性都有很高要求，为成品最终热处理做准备。 紧固件企业一般对产品的后处理（冷镦后调质、渗碳处理）较为重视， 对前处理（冷镦前改制处理）不重视，这样对汽车紧固件的品质影响较 大。专业线材改制厂用SCT炉、井式炉、抽真空加氮基保护气氛炉的较 普遍，而使用氢气保护的钟罩炉球化退火较少。欧盟40多家线材工厂 就拥有45套氢气保护的钟罩炉，来进行球化退火，由于氢气的还原性 特征和热传导比高（加上炉底风机搅拌气体强对流），使炉罩内温差小 ，线材表面不脱碳也不增碳，退火后的线材硬度更均匀，开裂率更小， 品质更优良。 5 结语 虽然紧固件在汽车的成品中仅占整车成品的2.5%，但是由于紧固件损 坏造成的损失却是整车的100%，甚至危及人的生命，从召回的汽车来 看，事故的60%~70%都与紧固件有关，而追溯这些“问题”紧固件的 质量原因，离不开制造紧固件的线材质量好坏，因此，冷镦线材的质 量非常重要。